1使用PicoScope示波器調(diào)試異常信號的三種典型方法和工具

圖1使用PicoScope示波器調(diào)試異常信號的三種典型方法和工具

高效的隔離和調(diào)試分析信號異常事件是工程師在產(chǎn)品研發(fā)過程中面臨的常見挑戰(zhàn)。PicoScope 7軟件通過三個強大且互補的工具幫助工程師應對這一挑戰(zhàn)：模擬余暉模式用于觀察異常，智能觸發(fā)用于精確捕獲異常，以及模板容限測試用于捕獲異常和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

模擬余暉模式提供了一個直觀的起點，它通過疊加成千上萬個波形捕獲，創(chuàng)建了一個基于顏色等級的波形圖像，該圖像可突出顯示信號中瞬態(tài)異常事件相對于正常信號的差異。我們可以使用PicoScope 7的標尺功能在圖像上測量所觀察到的毛刺、嵌幅脈沖或其它任何異常事件，并獲取諸如幅度和時間等關(guān)鍵參數(shù)，以便用于后續(xù)的觸發(fā)參數(shù)設置。然而，模擬余暉模式存在兩個局限性。首先，它提供的是復合圖像，而非數(shù)字波形，因此無法使用示波器的測量和分析套件對其進行深入分析；其次，能捕獲多高頻率出現(xiàn)的異常依賴于儀器的更新速率。雖然PicoScope示波器的更新速率高達每秒30萬個波形，但某個快速發(fā)生的事件仍然可能在兩次采集之間出現(xiàn)從而未能被捕獲。

為了最大化的確保異常事件被成功捕獲，我們需要使用PicoScope示波器的觸發(fā)功能。觸發(fā)模式下示波器會主動等待用戶定義的事件——例如過窄的脈沖、電壓跌落到窗口之外或特定的邏輯模式——然后捕獲其前后的實時波形數(shù)據(jù)。由于觸發(fā)是基于硬件實現(xiàn)的，因此它可以捕獲短至幾納秒的事件。需要強調(diào)的是，每次觸發(fā)捕獲到的信號都是標準的數(shù)字波形，從而可以利用示波器中的強大功能對波形進行全面的測量、數(shù)學分析和保存。觸發(fā)也有一個局限性，即在每個觸發(fā)設置下，一次只能捕獲和隔離一種類型的異常事件。

為了同時捕獲多種不同的異常事件，PicoScope示波器提供了模板容限測試功能。該功能下，示波器會將每個實時波形與預定義的“模板”（包含可接受的電壓和時間限值）進行比較。我們可以便捷地基于已知良好的參考信號生成一個模板。任何違反模板的波形都會被捕獲并保存到示波器的緩沖區(qū)中。PicoScope示波器會執(zhí)行連續(xù)的通過/失敗測試，記錄失敗次數(shù)和進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，使其成為長期壓力測試或可靠性驗證的理想選擇。模板可以保存到庫中并與同事共享，從而確保測試標準的一致性。

在接下來的章節(jié)中，我們將實際展示如何使用這三種方法，通過最新的、全球首款5GS/s基于USB的PicoScope 3418E示波器有效地捕獲和分析異常情況。

2使用PicoScope示波器捕獲信號異常事件

2.1使用PicoScope示波器內(nèi)置的AWG生成異常信號

PicoScope 3000E系列標配有一個內(nèi)置的集成信號源，可為測試提供便捷的激勵信號。所有型號均配備功能強大的函數(shù)發(fā)生器(FG)，頻率范圍從100μHz到20MHz，能夠輸出正弦波、方波、三角波、直流電壓、上升斜坡、下降斜坡、sinc函數(shù)、高斯函數(shù)和半正弦波等標準波形。此外，每臺設備還配備一個14位、200MS/s的任意波形發(fā)生器(AWG)。AWG的波形可以直接在PicoScope軟件中創(chuàng)建或編輯，也可以從示波器波形導入，或從電子表格文件加載。

如圖2所示，此設置利用了PicoScope示波器內(nèi)置信號源。PicoScope 3000E的FG/AWG輸出通過BNC電纜直接連接到其自身的A通道輸入。然后，通過標準USB接口連接到筆記本電腦，并在筆記本電腦上運行PicoScope 7軟件來控制儀器。這樣就快速的創(chuàng)建了一個完整的、獨立的測試循環(huán)，非常適合演示如何捕獲異常事件。

圖2使用PicoScope 3418E內(nèi)置任意波形發(fā)生器(AWG)生成異常信號的連接設置

為了生成包含異常的自定義測試信號，我們在PicoScope 7中配置任意波形發(fā)生器(AWG)，設置參數(shù)包括頻率、幅度、偏移等。如圖3所示，我們可以使用AWG編輯器中的高級工具繪制自定義波形，或編輯標準波形以包含特定的異常事件，例如過沖或嵌幅脈沖。

波形設計完成后，單擊窗口左上角的“應用”按鈕，即可命令儀器從其AWG端口輸出信號。該信號現(xiàn)在包含定義好的異常事件，其通過BNC電纜直接輸入到PicoScope 3418E示波器的A通道。

圖3配置PicoScope 3418E內(nèi)置AWG以生成帶異常事件的信號

屏幕上顯示的初始實時信號會不穩(wěn)定，偶爾會閃過一些異常事件。為了穩(wěn)定顯示，我們采用了最基本的邊沿觸發(fā)方式。這是一個必要的步驟，因為我們當前缺乏關(guān)于異常事件的具體特征（例如脈沖寬度或幅度）的足夠信息，無法在此階段配置更高級的觸發(fā)方式?；具呇赜|發(fā)的設置如圖4所示。

圖4使用基本邊沿觸發(fā)來穩(wěn)定波形顯示

2.2使用PicoScope 7軟件的模擬余暉模式捕獲異常事件

按照圖5中的步驟，從PicoScope7工具欄中選擇“模擬余暉（Persistence）”。這將顯示模式切換到模擬余暉模式，該模式下示波器會疊加顯示成千上萬個采集到的波形。在此余暉視圖中，瞬態(tài)異常（例如過沖和嵌幅脈沖）相對于主信號清晰可見。

圖5在PicoScope 7軟件中使用模擬余暉模式捕獲異常事件

如前所述，模擬余暉顯示提供的是復合圖像，而非波形數(shù)據(jù)。因此，我們無法將PicoScope 7的分析工具（例如自動測量或數(shù)學函數(shù)）應用于此圖像。但是，我們可以使用屏幕上的標尺（在傳統(tǒng)示波器上通常稱為光標）直接在圖像上執(zhí)行基本的手動測量。通過這種方式，可以粗略的了解諸如過沖和嵌幅脈沖的幅度和時間等關(guān)鍵參數(shù)信息。這些初步的測量數(shù)據(jù)提供了接下來設置智能觸發(fā)所需的信息，使我們能夠捕獲到標準的、完全可分析的波形。

圖6在模擬余暉模式下使用標尺進行測量

2.3使用PicoScope 7軟件中的智能觸發(fā)功能捕獲異常事件

PicoScope 7內(nèi)置了豐富的智能觸發(fā)類型。為了精確捕獲在模擬余暉模式下識別出的過沖，我們可以使用簡單的邊沿觸發(fā)。根據(jù)余輝顯示中的幅度測量值，我們將觸發(fā)點的黃色閾值菱形標記拖到過沖發(fā)生的電壓電平處。這樣，當過沖異常事件越過該電平時，示波器就能精確地捕獲到包含過沖異常事件的整個信號，如圖7所示。

圖7使用PicoScope 7軟件中的簡單邊沿觸發(fā)捕獲異常

類似地，可以配置一個嵌幅脈沖觸發(fā)模式來捕獲之前在模擬余暉模式下識別到的嵌幅脈沖。如圖8所示，當脈沖跨越一個閾值但未跨越另一個閾值時，即其幅度保持在設定的高低閾值門限電平范圍內(nèi)時，示波器會進行觸發(fā)。

圖8在PicoScope 7軟件中使用嵌幅脈沖（Runt）觸發(fā)捕獲嵌幅脈沖

當包含異常事件的信號被捕獲為一個標準的數(shù)字波形時，PicoScope 7的任何功能或測量工具均可用于對該波形進行詳細分析，如圖9所示，這包括使用屏幕標尺進行手動測量，以及通過內(nèi)置自動測量參數(shù)進行自動測量。

圖9在PicoScope 7軟件中對捕獲到的嵌幅脈沖進行標尺和自動參數(shù)測量

2.4使用PicoScope 7軟件中的模板容限測試功能捕獲、定位和分析異常事件

模板容限測試通過連續(xù)將實時信號波形與已知良好的參考信號波形進行比較，自動捕獲與參考信號波形有一定偏差范圍的信號。使用方法如下：首先捕獲一個良好的信號作為參考波形；然后，圍繞該參考波形自動生成一個合格/不合格模板。激活并啟動示波器開始數(shù)據(jù)采集后，模板容限測試會實時監(jiān)控每一屏信號，立即捕獲并保存任何違反模板設定的波形。這使得在一次設置和運行中即可隔離多種不同的異常事件。

在PicoScope 7軟件中可以將待測信號運行良好時的波形作為參考波形自動生成模板?；趫D10所示步驟，可創(chuàng)建具有精確容差范圍的模板，從而實現(xiàn)高效的長期驗證和故障檢測。

圖10在PicoScope 7軟件中基于參考波形自動生成模板

圖11展示了測試結(jié)果。在一次配置下，過沖和嵌幅脈沖異常均被同時捕獲。此外，模板容限測試可提供即時分析反饋。例如，屏幕底部的統(tǒng)計面板顯示了示波器在測試期間共計捕獲了104個波形，其中5個波形被標記為違反模板設定。

所有捕獲的波形都被存儲在PicoScope示波器的緩沖區(qū)中。我們可以快速篩選此緩沖區(qū)，僅隔離和查看違反模板設定的波形。另外，由于模板容限測試捕獲的是標準數(shù)字波形數(shù)據(jù)，因此我們可以將PicoScope 7的全套測量和分析工具應用于這些已保存的波形數(shù)據(jù)，以進行詳細分析。

圖11使用PicoScope 7軟件中的模板容限測試功能捕獲、定位和分析所有異常事件

3結(jié)論

PicoScope示波器提供了一套高效的捕獲、定位和分析信號異常的組合方法，該方法包括圖形化觀察到精確的自動化捕獲。模擬余暉模式是第一步，它提供了大量波形疊加后的圖像，其可用于揭示難以捉摸的事件的存在及其基本特征。從模擬余暉圖像中獲得的測量數(shù)據(jù)可直接支持智能觸發(fā)（例如邊沿、脈沖寬度或嵌幅脈沖）的設置，從而通過觸發(fā)從信號中精確定位滿足條件的異常事件，并使用PicoScope 7的強大功能對其進行測量和分析。對于復雜的調(diào)試和驗證任務，模板容限測試可極大的提升效率，通過自動捕獲與已知參考信號波形的偏差，它能夠?qū)崿F(xiàn)全面的無人值守監(jiān)控，從而僅需一次設置和運行即可捕獲多種類型的信號異常事件。

通過使用PicoScope示波器提供的這套組合方法，我們可以輕松觀察異常事件，可靠地捕獲和定位異常事件并對其進行深入測量和分析，從而顯著提升電子設計中的信號完整性問題調(diào)試效率。

關(guān)于Pico Technology

Pico Technology是高性能電子測試儀器的全球領先制造商。源于英國劍橋強大電子工程傳統(tǒng)，自創(chuàng)立以來，通過創(chuàng)建和領導創(chuàng)新的基于PC的測試儀器，比克實現(xiàn)了連續(xù)34年的增長。其獨特的解決方案和完整的產(chǎn)品線為電子工程師提供了高性能且經(jīng)濟高效的工具，涵蓋了從物理層到協(xié)議層的整個設計驗證周期：

具有內(nèi)置AWG，F(xiàn)G，邏輯分析儀，頻譜分析儀，串行協(xié)議分析儀的實時示波器，提供高達16位ADC分辨率，4G超深存儲器，8個高分辨率通道和真正的差分探測。緊湊的33GHz采樣示波器使工程師能夠輕松實現(xiàn)TDR特征阻抗測試，眼圖抖動測試和時鐘恢復等。PicoVNA（矢量網(wǎng)絡分析儀），RF Synthesizer（射頻信號合成器）和PicoConnect高帶寬探頭可擴展到RF應用。此外，還有最暢銷的Pico Logger系列數(shù)據(jù)記錄儀產(chǎn)品。

SDK允許用戶與實現(xiàn)測試自動化的其它儀器一起開發(fā)自定義應用程序。終身免費軟件和5年保修可保護客戶的投資。

Pico Technology（比克科技）是未來。